Desain Tempat Tidur Adsorben Saringan Molekul Untuk Dehidrasi Etanol

Untuk gas dan cairan, saringan molekuler adalah penyerap yang sangat baik. Mengaktifkan saringan molekuler dengan desain yang berbeda membantu banyak sistem dalam menghilangkan kontaminan gas atau cairan yang tidak diinginkan secara efektif. Itu juga dapat memisahkan gas atau cairan ke dalam kelompok ukuran molekul. Dalam distilasi etanol di atas ambang batas azeotropik volume 95.6 persen, saringan molekuler memainkan peran penting. Dengan menggunakan saringan molekul sintetis, prosedur dehidrasi etanol sekarang dapat dilakukan dengan teknologi yang ditingkatkan lebih jauh dari batas azeotropik ini.

Kami akan bekerja melalui analisis rinci dari desain tempat tidur adsorben saringan molekuler untuk dehidrasi etanol. Mari kita lakukan!

Penggunaan Molecular Sieve Bed dalam Dehidrasi Etanol

Apa itu Tempat Tidur Saringan Molekul?

Grafik Zat zeolit ​​buatan lubang dengan desain dan ukuran yang tepat dan homogen dikenal sebagai saringan molekuler. Hal ini memungkinkan mereka untuk menyerap gas dan cairan berdasarkan ukuran molekul dan preferensi permeabilitas. Zeolit ​​​​adalah padatan kristal yang sangat permeabel yang ditemukan di alam dan termasuk dalam keluarga kimia aluminosilikat.

3A, 4A, 5A, dan 13X adalah empat klasifikasi utama saringan molekuler. Dimensi pori saringan molekuler ditentukan oleh jenisnya, yang ditentukan oleh versi sintetis molekul tersebut. Saringan molekuler beroperasi dengan melarutkan molekul gas atau cairan yang lebih kecil dari diameter fungsional pori-porinya dan menolak molekul yang lebih besar dari lubangnya.

Apa Fungsi Saringan Molekul dalam Dehidrasi Etanol?

Distilasi etanol konvensional hanya dapat mencapai kemurnian sekitar 96 persen etanol, dengan sisa 4 persennya adalah air, karena azeotrop yang dihasilkan ketika digabungkan dengan air. Untuk dianggap kualitas bahan bakar, etanol harus didehidrasi setidaknya 99.9%. Saringan molekuler 3A, yang dibuat secara khusus dengan bukaan berukuran 3 Angstrom, digunakan untuk mengadsorpsi molekul air, sedangkan molekul etanol yang lebih besar ditolak, untuk mencapai tingkat kemurnian ini. Ini prosedur secara efisien mendehidrasi etanol ke tingkat kemurnian yang diperlukan sehingga dapat disebut grade bahan bakar karena tidak ada persaingan untuk penyerapan.

Selama prosedur produksi, diameter pori-pori di kedua partikel saringan molekuler dipantau dengan cermat. Untuk mengontrol ukuran lubang pori, ion natrium, kalsium, dan kalium dapat dipertukarkan di dalam partikel. Hal ini memungkinkan molekul gas dan cairan untuk menyerap secara istimewa. Pertimbangkan garasi parkir: kendaraan Anda setinggi 7 kaki, tetapi atap garasi hanya setinggi 6'8 inci. Anda tidak akan bisa memasukkan mobil Anda ke garasi, tidak peduli seberapa keras Anda mencoba. Adsorpsi partikel dalam bukaan saringan molekuler bekerja dengan prinsip yang sama.

Jenis Umum Saringan Molekul yang Digunakan untuk Dehidrasi Etanol

Dalam berbagai penggunaan komersial dan makanan, Prosedur Dehidrasi Saringan Molekul memerlukan tingkat kemurnian yang tinggi. Jenis saringan molekuler yang paling efektif untuk mengeringkan etanol adalah Tipe 3A. Uap etanol terhidrasi disalurkan melalui dasar saringan molekuler selama prosedur dehidrasi etanol. Air diserap oleh pori-pori desain adsorben saat uap bergerak melalui ayakan pada langkah awal. Prosedur adsorpsi berlanjut sampai kemungkinan adsorpsi air uap tercapai atau saringan molekuler jenuh.

Air dipindahkan dari uap etanol lembab ke saringan molekuler yang diaktifkan melalui area atau wilayah di mana kadar air berkurang dari input ke aliran keluar. Zona transisi master ini memiliki satu tempat tidur aktif untuk transit dehidrasi dan satu lagi untuk regenerasi. Menggunakan gerbang dan otomatisasi yang kuat, gerakan dari satu tempat tidur ke tempat tidur berikutnya ditangani dan dikelola. Etanol murni dapat digunakan sebagai bahan bakar di otomotif dan penggunaan lainnya setelah mengalami dehidrasi menggunakan saringan molekuler.

Berapa Banyak Saringan Molekul Yang Harus Anda Gunakan 

Kemampuan pengeringan saringan molekuler adalah sekitar 20% hingga 25% dari massanya sendiri. Untuk prosedur dehidrasi, tuangkan saringan molekuler yang setara dengan 3 sampai 4 kali jumlah pelarut organik yang diantisipasi, dan aduk sesekali selama sekitar 24 jam. 

Desain Tempat Tidur Saringan Molekul Paling Efektif untuk Dehidrasi Etanol

Desain dan fungsi mekanisme saringan molekuler dipengaruhi oleh sejumlah faktor. Kapasitas adsorpsi kontaminan ditentukan oleh suhu fungsional dan tekanan parsialnya, serta jenis saringan molekuler (3A, 4A, 5A, 13X). Batasan penurunan laju alir dan tekanan, dalam kombinasi dengan volume adsorpsi, sangat penting dalam menentukan pola aliran terbaik, kinetika perpindahan berat, dan, dengan tambahan, desain wadah.

Ukuran wadah juga dipengaruhi oleh dimensi pori dari ayakan molekuler, serta susunan unggun (tergantung pada ketebalan adsorben dan tersusun dari granul raksasa, granul kecil, atau unggun split). Penurunan tekanan dan dispersi aliran, serta kebutuhan aktivitas regenerasi, akan dipengaruhi oleh rasio diameter terhadap tinggi yang dipilih.

Ada dua kemungkinan desain untuk komponen dehidrasi: desain terintegrasi atau berdiri sendiri, berdasarkan parameter bahan baku etanol hidrat dan ketersediaan fasilitas penyulingan alkohol.

1. Desain Terintegrasi

Mesin dehidrasi umpan uap terintegrasi terhubung ke sistem distilasi dan menerima uap etanol hidro langsung dari menara penyearah. Aliran regenerasi, juga dikenal sebagai aliran pembersihan, diperkenalkan kembali ke distilasi untuk pemulihan etanol.

Jika dibandingkan dengan unit yang tidak berpasangan, yang paling signifikan manfaat dari sistem terintegrasi adalah pengurangan yang signifikan dalam penggunaan energi. Integrasi panas kering yang inovatif dan hemat daya dari Vogelbusch dengan sistem distilasi/rektifikasi/evaporasi secara substansial mengurangi biaya operasional.

Tekanan paling sedikit 0.5 barg diperlukan untuk memberi makan.

2. Desain Berdiri Sendiri

Cairan etanol hidrat dari penimbunan dikeringkan menggunakan umpan cair yang berdiri sendiri peralatan pengeringan. Dalam kolom daur ulang kecil, etanol hidro diuapkan. Saluran regenerasi, juga dikenal sebagai aliran pembersihan, diarahkan ke ruang daur ulang untuk ekstraksi etanol.

Desain pemulihan panas yang tepat, dengan mempertimbangkan bahan baku dan parameter utilitas mengurangi konsumsi daya ruang pengering etanol.

Prinsip Prosedur

Teknik adsorpsi yang digunakan dalam dehidrasi saringan molekuler menggunakan: zeolit ​​sintetis, zat rapuh, porositas tinggi. Metode ini didasarkan pada fakta bahwa daya tarik zeolit ​​​​untuk air beralih dengan tekanan. Pengemasan air zeolit ​​ditentukan oleh tekanan parsial air di masukan, yang dapat diubah dengan mengubah gaya.

Prosedur Adsorpsi Ayunan Tekanan (PSA)

Tidak ada kondensasi yang terjadi karena dasar saringan molekuler disuntikkan dengan uap super panas. Uap etanol mengalir melalui unggun sementara uap diserap ke dalam bukaan zeolit.

Ketika dasar saringan molekuler menjadi basah kuyup dengan air dan celah sudah dekat, itu harus diaktifkan kembali: air dihilangkan dari permukaan zeolit ​​​​dengan menurunkan tekanan yang diberikan padanya.

A adsorpsi ayunan tekanan setup dengan dua tempat tidur saringan molekuler digunakan untuk mencapai produksi konstan. Satu tempat tidur sedang dalam proses dehidrasi, sementara yang lain sedang diregenerasi di bawah ruang hampa. Tekanan unggun berkurang selama aktivasi, dan air yang diserap dikeluarkan dari unggun bersama dengan uap keluaran dari unggun pengering lainnya. Saluran pembersihan atau regenerasi ini kemudian dicairkan dan dipompa ke tempat penyulingan untuk ekstraksi etanol.

Seluruh prosedur otomatis.

Cara Membuat Unit Dehidrasi Bekerja Lebih Baik

Peningkatan Prosedur Saringan Molekul

• Prinsip Optimasi Adsorpsi Satu: Suhu dan Tekanan Ideal

Hal yang tak terelakkan, berdasarkan dua aturan dasar utama adsorpsi, adalah bahwa unit harus dioperasikan pada tekanan maksimum dan suhu minimum yang paling memungkinkan. Saat memilih suhu untuk fungsi tersebut, ingatlah bahwa ini adalah prosedur tahap uap, yang berarti saluran umpan tidak dapat mengubah tahap pada titik mana pun. Akibatnya, suhu terendah yang dapat digunakan tepat di atas titik perubahan panggung. Tekanan maksimum yang dapat ditanggung sistem serta jumlah superheat yang dapat diakses membatasi mekanisme.

Tekanan maksimal ditentukan oleh wadah, pipa, dan peringkat gerbang. Titik didih larutan etanol/air menentukan suhu minimal. Sebagian besar desain didasarkan pada azeotrop air/etanol, yang mengandung sekitar 95% etanol. Pada kenyataannya, sebagian besar pabrik beroperasi di bawah azeotrop, dengan kadar etanol serendah 90%. Titik didih sebenarnya dari kombinasi apapun harus dipastikan. Temperatur uap masuk harus diatur pada 50 ° F atau 10 ° C superheat untuk menjamin bahwa zat tetap dalam tahap uap.

Parameter sempurna untuk adsorpsi maksimal dapat ditentukan dengan mengevaluasi faktor-faktor ini.

Hitung pengaturan maksimal untuk regenerasi menggunakan pendekatan isoterm yang sama. Anda harus mencapai vakum terbesar yang dapat dicapai dalam wadah pada suhu tetap. Kapasitas kerja didefinisikan sebagai perbedaan kapasitas pada suhu tetap antara tekanan tertinggi yang mungkin dan tekanan terendah yang mungkin dicapai.

• Prinsip Optimasi Adsorpsi Dua: Kapasitas Kerja

Lembar spesifikasi harus disertakan dengan setiap saringan molekuler, dan harus menyatakan kapasitas air statis. Karena semua manik-manik saringan 3A terikat memiliki kapasitas statis 18-22 persen massa air, ini memiliki bantalan menit pada kapasitas kerja nyata.

Volume tetap dari saringan molekuler berguna sebagai indikator umum kemurniannya, tetapi kapasitas fungsinya adalah yang paling banyak diperlukan untuk kinerja. Perbedaan volume air saringan molekuler pada suhu tetap antara tekanan operasi kembar, penyerapan dan aktivasi digambarkan sebagai kapasitas kerja.

Zona perpindahan massa adalah wilayah di mana air secara sadar diadsorpsi atau dielusi dari saringan molekuler sepanjang fase adsorpsi atau regenerasi loop. Secara hipotetis, zona pertukaran massa berbentuk seperti "aliran sumbat", wafer bulat yang bergerak secara seragam di sepanjang diameter lapisan. Pada kenyataannya, baik dispersi uap maupun gesekan pada dinding wadah membentuk daerah perpindahan massa. Untuk mencapai penggunaan penuh dari keluaran saringan molekuler, dispersi yang tepat sangat penting untuk penyebaran uap yang tepat.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kapasitas Kerja

1. Di bawah konstitusi dan tekanan yang ditentukan, suhu harus terus-menerus memastikan pemeliharaan tahap uap. Karena cairan menciptakan hambatan pada bagian luar manik, perpindahan massa cairan ke sambungan kristal terhambat dalam sirkulasi dua fase. Tegangan permukaan cairan membuktikan sulit untuk menghilangkan air cair melalui penguapan ulang setelah dipadatkan ke tahap cair.
2. Dispersi uap pada intake. Simetri dan kecepatan zona perpindahan massa.
3. Pastikan perbedaan maksimum antara tekanan adsorben dan hisap regenerasi pada suhu tetap.
4. Ukuran yang sesuai dari saringan molekuler 3A.
5. Mintalah contoh Sertifikat Penilaian di samping lembar spesifikasi. Mengevaluasi produk saringan molekuler dari produsen yang berbeda; mereka tidak semua dibuat sama dan dengan demikian tidak melakukan hal yang sama. Periksa atribut seperti kekuatan hancur, kemampuan aus, dimensi partikel yang mereka distribusikan, dan pengetahuan teknis.

Apa Lagi yang Perlu Dipertimbangkan?

Prosedur produksi etanol perusahaan sangat bergantung pada saringan molekuler. Mereka memungkinkan etanol dikeringkan dari kemurnian 95% hingga kemurnian sekitar 99.9%, yang diperlukan untuk penggunaan sebagai aditif bahan bakar. Saringan molekuler di pabrik dehidrasi etanol, seperti semua operasi lain di pabrik etanol, memerlukan perhatian khusus. Pemeliharaan preventif, perawatan selama prosedur kerja, dan pengetahuan tentang apa yang dapat menyebabkan kerusakan berkepanjangan pada manik-manik dan wadah, atau lembaran semuanya penting. Untuk menjamin umur panjang dan berkelanjutan hingga sepuluh tahun, pemantauan proaktif dan pemeliharaan manik-manik saringan diperlukan. 

Mengetahui bagaimana manik-manik saringan molekuler mengalami dehidrasi dan mengikuti beberapa panduan sederhana akan membantu mereka bertahan lebih lama. Dengan mengingat hal itu, perhatikan hal-hal berikut:

1. Hindari membasahi Sprei/Tempat Tidur 

Saat mengalir ke wadah dan selama berfungsi, kehati-hatian harus diambil untuk menjamin bahwa aliran prosedur tiba dan tetap dalam tahap uap. Jika uap mengembun kembali ke cair, dapat memiliki dampak yang signifikan pada dinamika perpindahan massa air masuk dan keluar dari wadah, mengakibatkan penurunan kapasitas kerja dan potensi kerusakan manik-manik. Karena kualitas kohesif air yang jelas, ketika aliran proses tahap cair mencapai unggun dehidrasi etanol, air dapat membuat lapisan di atas setiap manik, secara efektif melapisinya dalam air cair. Adsorpsi kontaminan tahap uap (air) dari aliran produk etanol murni yang dimaksudkan diperlambat atau sepenuhnya dicegah dengan manik-manik yang tercakup dalam air cair.

Hal ini diperlukan untuk mencapai dan mempertahankan aliran umpan pada tekanan maksimum dengan superheat 50 °F—50 derajat Fahrenheit di atas suhu kondensasi—untuk menghindari munculnya molekul tahap cair selama tahap prosedur dehidrasi. Suhu superheat yang ideal adalah 50 ° Fahrenheit, yang cukup tinggi untuk mencegah uap kembali ke tahap cair sambil mempertahankan cukup rendah untuk tidak mengurangi kapasitas operasi manik-manik saringan di dalam wadah. Kapasitas kerja sebanding dengan suhu operasional; manik-manik di bawah panas tinggi memiliki kapasitas operasi yang lebih rendah, oleh karena itu terlalu banyak panas selama operasi juga tidak diinginkan. Penting juga untuk memiliki wadah dan pipa yang diisolasi dengan baik untuk mencegah zona dingin atau variasi suhu yang tidak terkendali dalam aliran umpan, terutama selama bulan-bulan dingin yang keras.

2. Hindari Melebihi Kecepatan Kritis

Untuk melindungi unit dehidrasi dan manik-manik saringan di dalamnya, kecepatan kritis harus dihindari. Setiap bagian dari mesin dalam suatu proses memiliki tekanan maksimum yang dapat ditahan tanpa menimbulkan kerusakan. Ketika laju uap tanaman terlalu tinggi, kecepatan uap dapat melampaui ambang batas kecepatan kritis, menghasilkan suara yang terdengar seperti menjerit atau mengi bernada tinggi. Ketika kecepatan kritis terlampaui, manik-manik dapat pecah dan pecah, menghasilkan debu ekstra, persyaratan yang ditingkatkan untuk pengisian ulang unit periferal, dan membahayakan kapasitas kerja umum, dan pada akhirnya mungkin memerlukan penggantian total untuk membangun kembali produktivitas.

3. Tempat Tidur Tidak Harus Dipantulkan

Untuk mencegah ekspansi Levi, pengaturan kecepatan yang tepat di dalam unggun harus dijaga ketat untuk menjamin bahwa kecepatan fluidisasi tidak terlampaui, seperti yang didefinisikan oleh masing-masing sistem. Diameter manik, laju aliran, densitas uap, tekanan wadah, dan suhu aliran masukan semuanya mempengaruhi kecepatan fluidisasi. Ketika manik-manik diangkat dan menggantung di udara pada busa uap, prosedur yang dikenal sebagai fluidisasi, ekspansi Levi terjadi. Ketika manik-manik difluidisasi, mereka mungkin saling bergesekan, menyebabkan keausan, debu, dan kerusakan yang signifikan.

Akibatnya, manik-manik yang pecah dapat menyebabkan daerah perpindahan berat mengalir melalui lapisan, menghasilkan terobosan awal yang tidak teratur, spiral umpan balik yang buruk, dan penghancuran berulang. Fluidisasi langsung, atau pantulan manik-manik saringan yang sebenarnya di dalam wadah, dapat disebabkan oleh perubahan cepat dalam tekanan yang dipicu oleh katup yang macet atau tekanan wadah yang tidak tepat. Ini sering disebut popcorn.

Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang kemampuan unit dehidrasi etanol yang berbeda, bicarakan dengan ahli saringan, seperti yang berasal dari perusahaan kami, Jalon. Mereka akan membantu Anda mengetahui hal-hal yang awalnya tidak Anda ketahui tentang saringan molekuler dan pada dasarnya menyelamatkan Anda dari membuat kesalahan. Periksa katup untuk fungsi yang sesuai secara teratur, atur lokakarya tim, promosikan pendidikan lanjutan tentang pengaturan tekanan yang tepat, dan tekankan keuntungan dari pemeriksaan rutin untuk meningkatkan efektivitas dan keberhasilan.

4. Hindari Polusi

Karbohidrat dengan berat molekul rendah, seperti glukosa yang larut dalam air, dan minyak fusel, dapat mengubah kapasitas operasi unit dehidrasi etanol secara signifikan. Karbohidrat berasal dari glukosa yang larut dalam air yang tetap dalam aliran prosedur, termasuk polutan lain, sebagai kombinasi misel yang kemudian ditransfer ke dalam tempat tidur. Dalam prosedur yang dikenal sebagai kokas, polutan ini menempel pada bagian luar manik-manik saringan molekuler, membentuk lapisan kokas, atau karbohidrat yang dibakar.

Coke muncul sebagai bercak gelap di permukaan manik-manik dan akhirnya dapat membentuk lapisan penuh di sekitar permukaan, membuat manik-manik menjadi hitam. Lapisan kokas menghalangi uap dari mengakses saluran mikro di dalam setiap manik, mencegah air diserap oleh butiran saringan molekuler, menghasilkan penurunan kinerja dan efektivitas kerja yang signifikan.

Memasang bantalan demister atau pemisah penggabungan antara alat penguap dan unit dehidrasi adalah cara paling sederhana untuk mengurangi hidrokarbon—glukosa, bahan bakar, dan kotoran lainnya. Filter ini pada dasarnya adalah lembaran wol baja yang menangkap polutan dan memurnikan aliran uap saat melewatinya. Untuk sangat membatasi timbulnya kokas dan mempertahankan kapasitas operasi dan tingkat perpindahan berat di dalam wadah, kru pemeliharaan proaktif harus memeriksa saluran pembuangan di dasar filter dan memperbaikinya sesuai kebutuhan setelah pemasangan. 

5. Perhatikan Tingkat pH

Saringan molekuler tiga angstrom (3A Molecular Sieve) dikembangkan secara khusus untuk mendehidrasi etanol dan memiliki lubang pori kristal dengan diameter kira-kira tiga angstrom. Mengingat molekul air berdiameter sekitar 2.8 angstrom dan molekul etanol berdiameter sekitar 3.6 angstrom, saringan ini cocok untuk sintesis etanol. Molekul air dapat melewati kristal 3A dan terperangkap, tetapi molekul etanol terlalu besar untuk diserap dan terpental.

Ketika manik-manik ayakan molekul dikenai pH tinggi, terjadi pertukaran ion, mengubah kristal ayakan 3A menjadi kristal ayakan 4A atau lebih besar, memungkinkan molekul etanol teradsorpsi di samping air dan mengurangi kapasitas.

Butiran ayakan akan hancur dan menggumpal jika terkena aliran umpan dengan pH yang terlalu rendah. Untuk menghindari transfer ion atau fusi manik, aliran umpan yang optimal harus memiliki pH 4.5 hingga 9.0. Teknisi harus memberikan perhatian tambahan selama pemeliharaan preventif untuk menjamin bahwa bahan kimia yang bersih di tempat seperti asam sulfat atau soda api (natrium hidroksida) sepenuhnya dibilas dan tidak diizinkan melewati wadah saringan.

The Bottom Line

Saringan molekuler berdiri di tengah sebagian besar prosedur manufaktur dan memainkan peran penting dalam meningkatkan kemurnian sebagian besar hasil manufaktur, termasuk etanol seperti yang terlihat dalam posting ini. Sementara efektivitas saringan molekuler yang digunakan penting, Anda juga perlu mengingat kualitasnya. Ada banyak penyedia di pasar, tetapi hanya Milestone memastikan bahwa Anda mendapatkan kualitas untuk apa yang Anda bayar. Hubungi Kami dan kami akan dengan senang hati menyediakan saringan molekuler dengan kualitas terbaik. Kami dapat memenuhi permintaan jangka pendek dan jangka panjang, jadi Anda tidak perlu khawatir tentang waktunya. Dan yang lebih penting, kami mengirimkan produk kami secara global.